酸性矿井水(Acid mine drainage,AMD)是由围岩和煤层中含有的硫化物(主要是黄铁矿FeS2),在化学氧化剂(Fe3+,O2)和氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans,简称T.f菌)作用下,发生氧化反应而形成的。AMD的特点是pH通常很低(严重的地方pH可达2),富含8042-离子和Fe3+离子,易浸出有毒元素(如铅、铬、砷、铜等[1-5]),造成重金属污染,给地下水资源、采矿业以及矿区的生态环境构成威胁。本文利用活性炭、竹炭、陶粒、粉煤灰、煤渣等吸附性材料作为可渗透反应床(Permeable reactive barrier,PRB)的反应介质(同时对粉煤灰进行改性,对活性炭进行再生探讨),结合可渗透反应床结构设计,研究原位修复酸性矿井水重金属离子及各种污染,为实现井下酸性矿井水的原位治理提供一种新的途径,这对高硫煤矿井安全绿色生产、保护地下水资源及矿区生态环境有重要意义。首先,结合可渗透反应床的特点,设计出适合实验室操作的PRB,并建立实验室小系统。其次,比较了陶粒(两种粒径)、煤渣、竹炭(两种粒径)和粉煤灰对COD、硫酸根及重金属的去除效果以及pH的调整效果。研究结果表明：(1)以上六种反应填料在反应8小时之内对酸性矿井水的COD和硫酸根均具有一定的处理效果,pH值都能从4调整到7左右(粉煤灰可将pH值调整到8)；(2)对COD和硫酸根的去除率在10%-50%之间(煤渣的去除效果最低,在反应8h的去除率只有10%左右)；(3)延长反应时间至两天,粉煤灰(小粒径)、陶粒和竹炭(小粒径)对COD的去除率仍然较好,竹炭(大粒径)对硫酸根的去除率较高。再次,进行了上述六种反应填料对酸性矿井废水的处理的耐久性试验。研究表明,室温下反应时间为160小时后,(1)粉煤灰对pH有较好的调节作用,对COD和硫酸根的去除效果可维持在50%以上；(2)竹炭对硫酸根的去除效果可长达6天；(3)煤渣的处理能力相对较差,反应12小时后基本无处理效果；(4)陶粒对硫酸根的去除效果较好,且相对稳定。为了配制与实际矿井水相似的模拟水质,向其中添加重金属离子,测定了填料对含有Cd2+, Cu2+, Zn2+三种重金属离子的处理效果,并研究了反应填料的配比对模拟水中污染物的处理效果,还对两级PRB反应器的处理效果进行了研究。结果表明,各种填料对酸性矿井水中的重金属离子也有很好的效果。且将填料按一定比例混合后处理酸性矿井水,对污染物的去除率有所提高。粉煤灰这一反应介质也有很好的利用价值,Cd2+离子的去除率在反应18h达到最高,约为35%左右,随后逐渐减弱,反应80小时基本无处理效果；对Cu2+离子去除率在18h达到最高为50%。且陶粒和粉煤灰的配比对三种重金属离子的处理效果比单种填料的去除率高且能维持较长时间,对Cd2+, Cu2+,Zn2+三种重金属离子的去除率达到最高分别为91%,98%,92%；活性炭这一反应填料对重金属离子有较好的处理效果。尤其是对Cu2+离子,的去除率可达99%以上,当反应时间为66小时,去除率仍然能维持在99%以上。为进一步提高填料的耐久性,对粉煤灰进行了多种改性处理,实验表明,经化学酸法改性的粉煤灰处理效果最佳。经过化学酸法改性的粉煤灰对多种污染物的处理效果有提升,对于Cd2+离子的去除率由42.9%提高到82.4%,对Zn2+离子的去除率由26.7%提高到57.2%,特别是对Cu2+的去除率由未改性前的74.8%提高到91.85%。最后,为了对比其他可行的材料,选择了价格较高的活性炭作为反应介质,测定其对酸性矿井水的处理效果。实验表明,活性炭对酸性矿井废水有较好的处理效果,对COD、硫酸根的去除率在反应8h去除率最高分别可达46.7%,70%；对Cd2+、Cu2+、Zn2+的去除率最高分别可达90%、98.8%、90%,反应200h对Cu2+的去除率仍有80%,是一种较理想的反应介质。由于活性炭价格高将带来成本高及二次污染问题。因此本文还对活性炭的再生进行了研究,结果表明进行酸法再生的活性炭对酸性矿井水的处理效果较好。